DE2539073B2 - Field effect transistor with insulated gate electrode and process for its manufacture - Google Patents
Field effect transistor with insulated gate electrode and process for its manufactureInfo
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Description
2525th
Die Erfindung betrifft einen Feldeffekt-Transistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGFET), bestehend aus einem elektrisch isolierenden Substrat, einer Insel aus einkristallinem Silizium auf einem Teil einer Oberfläche des Substrats, wobei die Insel eine Source- und eint Drain-Zone an gegenüberliegenden Enden besitzt, einer Source-Elektrode sowie einer Drain-Elektrode, einer Kanalzone zwischen der Source- und der Drain-Zone, einer dielektrischen Schicht über der Kanalzone sowie einer Gate-Elektrode über der dielektrischen Schicht, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to a field effect transistor with an insulated gate electrode (IGFET), consisting of a electrically insulating substrate, an island of single crystal silicon on part of a surface of the Substrate, the island having a source and a drain region at opposite ends, one Source electrode and a drain electrode, a channel zone between the source and drain zone, a dielectric layer over the channel zone and a gate electrode over the dielectric layer, and a method for its production.
Es hat sich gezeigt, daß bei den Gate-Dielektrika bekannter IGFETs der Silizium-auf-Saphirart (SOS) frühzeitig Fehler (Durchbrüche) auftreten, wenn eine Vorspannung von mehr als ungefähr 36 Volt zwischen der Gate-Elektrode und den Source-Drain-Zonen angelegt wird. Dieser Durchbruch scheint mit der Polysilizium-Siliziumoxid-Silizium-Saphir-Grenzfläche im IGFET zusammenzuhängen. Die Achillesferse, d. h. der schwächste Punkt der bekannten SOS/IGFET-Technologie scheint an den gegenüberliegenden Kanten der Siliziuminsel zu liegen, die die Kanalzone des IGFETs enthält, insbesondere wo die Kanten der Kanalzone die Saphirsubstratoberfläche treffen.It has been shown that the gate dielectrics of known IGFETs of the silicon-on-sapphire type (SOS) Early failures (breakdowns) occur when a bias voltage greater than approximately 36 volts between the gate electrode and the source-drain regions is applied. This breakthrough seems to be with the Polysilicon-silicon oxide-silicon-sapphire interface in the IGFET. The Achilles heel, d. H. the weakest point of the well-known SOS / IGFET technology appears to be on the opposite edges of the silicon island that forms the channel zone of the Includes IGFETs, particularly where the edges of the channel region meet the sapphire substrate surface.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein IGFET sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung vorzuschlagen, mit dem die vorerwähnten Nachteile vermieden werden, vielmehr eine gegenüber bisher erreichbaren Werten wesentlich höhere, mindestens doppelt so große Durchbruchspannung erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die dielektrische Schicht auf gegenüberliegenden Seiten der Kanalzone bis auf die Oberfläche des Substrats und weiter über Teile dieser Oberfläche erstreckt und daß an beiden Seiten der Kanalzone Verlängerungen der Gate-Elektrode angeordnet sind, die von der Substratoberfläche durch die dielektrische Schicht getrennt sind.The object of the present invention is to propose an IGFET and a method for its production, with which the aforementioned disadvantages are avoided, rather one that was achievable compared to previously Values significantly higher, at least twice as high breakdown voltage is achieved. This task will according to the invention achieved in that the dielectric layer is on opposite sides of the Channel zone extends to the surface of the substrate and further over parts of this surface and that on Extensions of the gate electrode are arranged on both sides of the channel zone, which extend from the substrate surface are separated by the dielectric layer.
Die Erfindung ist von besonderem Vorteil bei der Herstellung von SOS-Komplementär-Transistoren einzusetzen, die in vielen Arten von Halbleiterschaltungen Verwendung finden.The invention is of particular advantage to use in the production of SOS complementary transistors, which are used in many types of semiconductor circuits.
Die dielektrische Schicht kann Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Kombinationen davon enthalten.The dielectric layer can be silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, or combinations thereof contain.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des neuen IGFETs umfaßt das Herstellen einer Insel aus epitaktisch aufgebrachtem, dotiertem Silizium auf einem elektrisch isolierenden Substrat sowie einer dielektrischen Schicht über sowohl der Insel als Teilen des Substrats, und zwar so, daß sie !»ich von gegenüberliegenden Seiten der Insel weg erstrecktThe inventive method for manufacturing the new IGFET comprises manufacturing an island of epitaxially applied, doped silicon on an electrically insulating substrate and a dielectric layer over both the island and parts of the substrate, in such a way that they! »I from extending away from opposite sides of the island
Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zuvor erwähnte Herstellungsschritt ausgeführt, indem eine Schicht von dotiertem Silizium epitaktisch auf dem isolierenden Substrat gebildet wird, die Siliziumschicht derart geätzt wird, daß eine Insel entsteht, eine dünne Schicht einkristallinem oder polykristallinem Siliziums auf der Siliziuminsel und auch auf dem isolierenden Substrat vorgesehen und dann die zuletzt erwähnte dünne Siliziumschicht vollständig oxydiert wird, um eine dielektrische Schicht aus Siliziumoxid zu bilden.In one embodiment of the method according to the invention, the aforementioned manufacturing step is carried out by adding a layer of doped Silicon is formed epitaxially on the insulating substrate, the silicon layer is etched in such a way that an island is created, a thin layer of monocrystalline or polycrystalline silicon on the silicon island and also provided on the insulating substrate and then the last mentioned thin silicon layer is completely oxidized to form a dielectric layer of silicon oxide.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahren wird dieser Vorgang ausgeführt, indem eine Schicht von dotiertem Silizium epitaktisch auf einem elektrisch isolierenden Substrat erzeugt, die Siliziumschicht zur Bildung einer von einem dünnen Bereich des dotierten Siliziums umgebenen Mesa selektiv geätzt und sowohl die Mesa als auch der dünne Bereich umgebenden Siliziums oxydiert wird, bis der dünne Bereich zur Bildung einer dielektrischen Schicht aus Siliziumoxid, die sich über einer Insel aus Silizium und darüber hinaus auch über das Substrat erstreckt, vollkommen oxydiert ist.In another embodiment of the method according to the invention, this process is carried out, by epitaxially placing a layer of doped silicon on an electrically insulating substrate generated, the silicon layer to form a surrounded by a thin area of the doped silicon The mesa is selectively etched and both the mesa and the thin area surrounding silicon are oxidized until the thin area used to form a dielectric layer made of silicon oxide that extends over an island Silicon and, moreover, also extends over the substrate, is completely oxidized.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Herstellen einer Insel aus epitaktischem, dotiertem Silizium auf einem elektrisch isolierenden Substrat und einer dielektrischen Schicht über sowohl der Insel als auch Teilen des Substrats durchgeführt, indem die Siliziuminsel gemäß obiger Darstellung gebildet und dann eine dielektrische Schicht aus beispielsweise Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Siliziumoxid sowohl über der Siliziuminsel als auch dem Substrat vorgesehen wird. Die dielektrische Schicht kann mehrlagig aus einem der zuvor erwähnten Materialien und einer Schicht aus Siliziumoxid bestehen, die durch die Oxydation der Oberfläche der Siliziuminsel gebildet wird.In a further embodiment of the method according to the invention, the production of a Island of epitaxial, doped silicon on an electrically insulating substrate and a dielectric Layer performed over both the island and parts of the substrate by placing the silicon island in accordance with above illustration and then a dielectric layer made of, for example, silicon nitride, aluminum oxide or silicon oxide is provided over both the silicon island and the substrate. The dielectric Layer can consist of several layers of one of the aforementioned materials and a layer of silicon oxide, which is formed by the oxidation of the surface of the silicon island.
Anhand der Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellen, wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained below with reference to the drawings which illustrate preferred exemplary embodiments explained in more detail. It shows
F i g. 1 einen bekannten IGFET im Querschnitt, wobei der Schnitt durch den Kanalbereich verläuft,F i g. 1 shows a known IGFET in cross section, the section running through the channel area,
F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen IGFETs in perspektivischer Darstellung, gesehen von rechts oben, ohne Passivierungsschicht,F i g. 2 an embodiment of the IGFET according to the invention in a perspective view from top right, without passivation layer,
Fig.3 bis 8 sowie 10 und 11 Querschnitte des erfindungsgemäßen IGFETs, die verschiedene Behandlungen bei der Herstellung einer Ausführungsart darstellen,Fig. 3 to 8 and 10 and 11 cross sections of the IGFETs of the invention that incorporate various treatments in making an embodiment represent,
Fig.9 einen Schnitt entlang der Ebene 9-9 in Fig.8 durch den Teil, der der Kanalbereich werden soll,FIG. 9 shows a section along the plane 9-9 in FIG. 8 through the part that is to become the canal area,
Fig. 12 und 13 Querschnitte des erfindungsgemäßen IGFETs in verschiedenen Herstellungsschritten eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,12 and 13 show cross sections of the IGFET according to the invention in different manufacturing steps of a another embodiment of the method according to the invention,
Fig. 14,15 und 17 Querschnitte zur Erläuterungeines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens undFigs. 14, 15 and 17 are cross sections for explaining a further embodiment of the method according to the invention and
Fig. Ib einen Querschnitt entlang der Ebene 16-16 inFig. Ib is a cross-section along the plane 16-16 in
Fig. 15 durch den Teil des IGFETs, der für den Kanalbereich vorgesehen ist.15 through the part of the IGFET which is provided for the channel area.
Bei der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Zeichnungen für gleiche Teile verwendet.In the following description, the same reference numerals are used in different drawings for same parts used.
In Fig. 1 ist ein bekannter IGFET 10 dargestellt, bei dem das Problem vorzeitigen Durchbruchs der dielektrischen Schicht (Siliziumdioxid) auftritt, wenn eine Vorspannung von mehr als 36 Volt zwischen Gate-Elektrode und den Source-Drain-Zonen angelegt wird. Der IGFET 10 besteht aus einem elektrisch isolierenden Substrat 12, z. B. aus Saphir oder Spinell, einer Insel 14 aus einkristallinem, η-dotiertem Silizium auf einer Oberfläche 16 des Substrats 12, einer Siliziumoxidschicht 18, die das Gate-Dielektrikum über der Siliziuminsel 14 darstellt, und einer Gate-Elektrode 20, z. B. aus dotiertem Polysilizium über der Siliziumoxidschicht 18. Der erwähnte, vorzeitige Durchbruch bei bekannten IGFETs 10 scheint mit der Polysilizium-Siliziumoxid-Silizium-Saphir-Grenzfläche 22 zusammenzuhängen. In Fig. 1, a known IGFET 10 is shown, in which the problem of premature breakdown of the dielectric Layer (silicon dioxide) occurs when a bias voltage greater than 36 volts between gate electrode and applied to the source-drain regions. The IGFET 10 consists of an electrically insulating Substrate 12, e.g. B. made of sapphire or spinel, an island 14 made of single-crystal, η-doped silicon on one Surface 16 of the substrate 12, a silicon oxide layer 18 which the gate dielectric over the Silicon island 14 represents, and a gate electrode 20, e.g. B. of doped polysilicon over the silicon oxide layer 18. The aforementioned premature breakthrough in known IGFETs 10 appears with the polysilicon-silicon oxide-silicon-sapphire interface 22 related.
Erfindungsgemäß wird das im Bereich der Grenzfläche 22 (Fig. 1) hervorgerufene Problem bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungemäßen IGFETs 30 (in F i g. 2 dargestellt) dadurch behoben, daß ein Aufbau vorgeschlagen bzw. vorgesehen wird, der diese Grenzfläche eliminiert. Gemäß Fi g. 2 weist der IGFET 30 ein elektrisch isolierendes Substrat 32, z. B. aus Saphir oder Spinell auf, auf dessen Oberfläche 36 eine Siliziuminsel 34 vorgesehen ist. Über einem Teil der Insel 34 wird eine dielektrische Schicht 38 aus Siliziumoxid gebildet, und zwar über dem Teil, der den Kanalbereich des IGFETs 30 bildet, wobei sich die Schicht 38 sowohl über die Siliziuminsel 34 als auch Teile der Oberfläche 36 des Substrats 32 erstreckt. Auf der dielektrischen Schicht 38 ist eine Polysilizium-Elektrode 40 aufgebracht. Sie wirkt über der Insel als Gate-Elektrode; ihre Verlängerungen erstrecken sich von gegenüberliegenden Seiten der Siliziuminsel 34 aus weg und sind von der Oberfläche 36 des Substrats 32 durch die dielektrische Schicht 38 getrennt. Auf diese Weise gibt es beim IGFET 30 keine Grenzfläche zwischen der Gate-Elektrode und der Oberfläche 36 des Substrats 32 nahe der Kante der Siliziuminsel 34; es wird jedoch ein Aufbau erreicht, bei dem die Durchbruchsspannung des IGFETs 30 mindestens doppelt so groß wie die des bekannten IGFETs 10 ist.According to the invention, the problem caused in the area of the interface 22 (FIG. 1) is eliminated in the case of a Embodiment of the inventive IGFET 30 (shown in FIG. 2) resolved that a structure is proposed or provided that eliminates this interface. According to Fig. 2 shows the IGFET 30 an electrically insulating substrate 32, e.g. B. made of sapphire or spinel, on the surface 36 a Silicon island 34 is provided. A dielectric layer 38 is formed over a portion of the island 34 Silicon oxide is formed over the part that forms the channel region of the IGFET 30, the Layer 38 extends over both silicon island 34 and portions of surface 36 of substrate 32. on of dielectric layer 38 is a polysilicon electrode 40 applied. It acts as a gate electrode over the island; their extensions extend away from opposite sides of silicon island 34 and away from surface 36 of substrate 32 separated by dielectric layer 38. In this way, the IGFET 30 has no interface between the gate electrode and surface 36 of substrate 32 near the edge of silicon island 34; it will however, a structure is achieved in which the breakdown voltage of the IGFET 30 is at least twice as large like that of the known IGFET 10.
Unter Bezugnahme auf die Fig.3 bis 11 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des IGFETs 30 beschrieben. In Fig.3 ist das Substrat 32 mit einer Schicht 34a aus einkristalinem, η--dotiertem Silizium, das auf der Oberfläche 36 des Substrats 32 abgeschieden ist, dargestellt. Das Substrat 32 kann eine Dicke von zwischen ungefähr 0,025 und 0,050 cm besitzen. Die Siliziumschicht 34a kann eine Trägerkonzentration von z. B. zwischen ungefähr 1 bis 2 χ ΙΟ15 Arsenatome/cm3 und eine Dicke von zwischen 0,6 und 0,8 μπι besitzen. Die Siliziumschicht 34a wird vorzugsweise auf der (1102)-Saphirebene mit irgendeinem in der Halbleitertechnik bekannten Verfahren aufgebracht Zum Beispiel kann die Siliziumschicht 34a epitaktisch auf der Oberfläche 36 durch Pyrolyse von Silan (SiH4) niedergeschlagen werden.With reference to FIGS. 3 to 11, an exemplary embodiment of the method according to the invention for producing the IGFET 30 is described below. In FIG. 3, the substrate 32 is shown with a layer 34a of single-crystal, η-doped silicon, which is deposited on the surface 36 of the substrate 32. The substrate 32 can have a thickness of between about 0.025 and 0.050 cm. The silicon layer 34a may have a carrier concentration of e.g. B. have between about 1 to 2 χ ΙΟ 15 arsenic atoms / cm 3 and a thickness of between 0.6 and 0.8 μπι. The silicon layer 34a is preferably deposited on the (1102) sapphire plane by any method known in the semiconductor art. For example, the silicon layer 34a can be deposited epitaxially on the surface 36 by pyrolysis of silane (SiH 4 ).
Die epitaktische Siliziumschicht 34a wird nun als rechteckige Mesa 346(Fig.4) begrenzt, die von einem dünnen Bereich 34c der Siliziumschicht 34a umgeben wird, was durch fotolithografische Verfahren unter Anwendung eines geeigneten Fotoresists und Ätzmittels erreicht wird. Die Dicke des dünnen Siliziumbereichs 34c liegt zwischen 5 und 50 nm, vorzugsweise zwischen 10 und 30 nm. Bei der Bildung der Mesa 346 und des umgebenden dünnen Bereichs 36c aus der Siliziumschicht 34a (F i g. 3) werden Teile der Siliziumschicht 34a weggeätzt, bis die äußeren Kanten desThe epitaxial silicon layer 34a is now delimited as a rectangular mesa 346 (FIG. 4), which is bounded by a thin area 34c of the silicon layer 34a is surrounded, which is shown by photolithographic processes below Application of a suitable photoresist and etchant is achieved. The thickness of the thin silicon area 34c is between 5 and 50 nm, preferably between 10 and 30 nm. When the mesa 346 is formed and the surrounding thin region 36c of silicon layer 34a (Fig. 3) become parts of the silicon layer 34a etched away until the outer edges of the
ίο dünnen Bereichs 34c fast gänzlich verschwunden sind. Unter diesen Umständen hat der Bereich 34c nahe der Mesa 346 gewöhnlich eine Dicke von zwischen ungefähr 10 und 30 nm. Die exakte Dicke des dünnen Bereichs 34c sollte mit konventionellen, bekannten Meßmethoden bestimmt werden.ίο thin area 34c have almost completely disappeared. Under these circumstances, the area 34c near the mesa 346 is typically between about 10 and 30 nm. The exact thickness of the thin region 34c should be determined with conventional, known Measurement methods are determined.
Der Siliziumaufbau gemäß F i g. 4, bestehend aus dem dünnen Bereich 34c und der Mesa 346, wird nun oxydiert, z. B. durch Erhitzen in HCl-haltigem Dampf bei einer Temperatur von ungefähr 900° C für 50 Minuten, um den dünnen Bereich 34c vollständig zu oxydieren und eine dielektrische Schicht 38a aus Siliziumoxid (F i g. 5) über der Siliziuminsel 34 zu bilden. Ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen IGFETs 30 ist die Tatsache, daß die dielektrische Schicht 38a sich sowohl über die Siliziuminsel 34 als auch die Oberfläche 36 des Substrats 32 erstreckt, und zwar von gegenüberliegenden Seite der Siliziuminsel 34 aus, wie dies in F i g. 5 dargestellt ist. Ein Teil der dielektrischen Schicht 38a wird das Gate-Dielektrikum 38 des erfindungsgemäßen IGFETs 30 bilden. Die dielektrische Schicht 38a besteht vollkommen aus Siliziumdioxid.The silicon structure according to FIG. 4, consisting of the thin area 34c and the mesa 346, is now oxidized, e.g. B. by heating in HCl-containing steam at a temperature of about 900 ° C for 50 minutes to completely close the thin portion 34c oxidize and form a dielectric layer 38a of silicon oxide (FIG. 5) over silicon island 34. An important feature of the IGFET 30 of the present invention is the fact that the dielectric layer 38a is extending across both silicon island 34 and surface 36 of substrate 32 from opposite sides Side of the silicon island 34, as shown in FIG. 5 is shown. Part of the dielectric layer 38a will form the gate dielectric 38 of the IGFET 30 according to the invention. The dielectric layer 38a consists entirely of silicon dioxide.
Eine Schicht 40a aus Polysilizium wird über der dielektrischen Schicht 38a bis zu einer Dicke von
ungefähr 0,5 μΐη mit bekannten Verfahren abgeschieden.
Die in F i g. 6 dargestellte Polysiliziumschicht 40a ist zu diesem Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens des
IGFETs 30 undotiert. Ein Streifen 42 aus Borglas wird auf die Polysiliziumschicht 40a gebracht und mit
bekannten fotolithografischen Verfahren, z. B. unter Anwendung eines geeigneten Fotoresists und Ätzmittels
aus gepufferter Flußsäure, geformt, so daß er im wesentlichen die Form der in Fig.2 dargestellten
Polysiliziumschicht 40 erhält.
Nunmehr wird Bor von dem begrenzten Borglasstreifen 42 in die Polysiliziumschicht 40a durch Erhitzen des
Aufbaus gemäß Fig.6 auf eine Temperatur von
ungefähr 1050° C für ungefähr 15 Minuten in einer Heliumatmosphäre diffundiert. Nach dieser Diffusion
wird der Borglasstreifen 42 unter Verwendung reinerA layer 40a of polysilicon is deposited over the dielectric layer 38a to a thickness of approximately 0.5 μm using known methods. The in F i g. 6 is undoped at this point in time in the manufacturing process of the IGFET 30. A strip 42 of boron glass is placed on the polysilicon layer 40a and using known photolithographic processes, e.g. B. using a suitable photoresist and etchant of buffered hydrofluoric acid, shaped so that it is substantially the shape of the polysilicon layer 40 shown in FIG.
Boron is now diffused from the delimited boron glass strip 42 into the polysilicon layer 40a by heating the structure according to FIG. 6 to a temperature of approximately 1050 ° C. for approximately 15 minutes in a helium atmosphere. After this diffusion, the boron glass strip 42 becomes cleaner using it
so Flußsäure (diese greift die Polysiliziumschicht 40a nicht an) weggeätzt. Als nächstes wird die Polysiliziumschichi
40a mit einem anisotropen Ätzmittel aus KOH, Alkohol und Wasser behandelt, um sämtliche Teile dei
Polysiliziumschicht 40a mit Ausnahme der in den F i g. 7 und 2 dargestellten Polysiliziumschicht 40, die mit Boi
vom Borglasstreifen 42 dotiert worden war, wegzuätzen. Das anisotrope Ätzmittel führt zu geneigter
Kanten der Polysiliziumschicht 40.
Die Teile der dielektrischen Schicht 38a, die nichi
direkt unter der Polysiliziumschicht 40 liegen, d. h sämtliche Teile außer der (Siliziumoxid-)dielektrischer
Schicht 38 (F i g. 8 und 2) werden nun mit gepufferte! Flußsäure geätzt, um Bereiche der oberen Oberfläche
der Siliziuminsel 34 für die Diffusion von Dotiermittelr zur Bildung von Source- und Drainzonen freizulegen.so hydrofluoric acid (this does not attack the polysilicon layer 40a) is etched away. Next, the polysilicon layer 40a is treated with an anisotropic etchant composed of KOH, alcohol and water to remove all parts of the polysilicon layer 40a except for those shown in FIGS. 7 and 2, which had been doped with Boi from the boron glass strip 42, to be etched away. The anisotropic etchant results in sloping edges of the polysilicon layer 40.
The portions of the dielectric layer 38a that are not directly under the polysilicon layer 40, i. All parts except the (silicon oxide) dielectric layer 38 (FIGS. 8 and 2) are now also buffered! Hydrofluoric acid etched to expose areas of the top surface of silicon island 34 for dopant diffusion to form source and drain regions.
F i g. 9 ist ein Querschnitt durch den zentralen Bereich des IGFET-Aufbaus, d. h. durch den Bereich, der dei Kanal des erfindungsgemäßen IGFETs 30 werden sollF i g. 9 is a cross section through the central area the IGFET structure, d. H. by the area that is to become the channel of the IGFET 30 according to the invention
F i g. 8 und 9 sind Querschnitte des erfindungsgemäßen IGFETs ohne passivierende Schicht auf dem IGFET, also in gleicher Darstellung wie in der perspektivischen Abbildung gemäß F i g. 2.F i g. 8 and 9 are cross-sections of the IGFET according to the invention without a passivating layer on the IGFET, thus in the same representation as in the perspective illustration according to FIG. 2.
Nunmehr werden Maßnahmen zur Bildung der Source- und Drainzonen des IGFETs 30 ergriffen. Dazu wird ein Glasschicht 44 aus ρ+-dotiertem Glas, wie z. B. Borglas, auf der Oberfläche 36 des Substrats 32, auf den freiliegenden Bereichen der Siliziuminsel 34 und auf der Polysiliziumschicht 40, wie in Fig. 10 dargestellt, mit geeigneten, bekannten Verfahren niedergeschlagen. Der p+-Dotierstoff aus der Glasschicht 44 wird nun in die angrenzenden Bereiche der Siliziuminseln 34 diffundiert, um die in F i g. 11 dargestellten Source- und Drainzonen 46 bzw. 48 zu bilden. Das Diffundieren geschieht durch Erhitzen des in Fig. 10 dargestellten Aufbaus auf ungefähr 10500C für ungefähr 15 Minuten in einer Heliumatmosphäre. Der Bereich der Siliziuminsel 34 zwischen den Source- und Drainzonen 46 und 48 ist die Kanalzone 50 des IGFETs 30, der vollständig unterhalb der (Siliziumoxid-)dielektrischen Schicht 38 und der Polysiliziumschicht 40 (Gate-Elektrode) liegtMeasures to form the source and drain regions of the IGFET 30 are now taken. For this purpose, a glass layer 44 made of ρ + -doped glass, such as. B. boron glass, deposited on the surface 36 of the substrate 32, on the exposed areas of the silicon island 34 and on the polysilicon layer 40, as shown in Fig. 10, by suitable, known methods. The p + dopant from the glass layer 44 is now diffused into the adjoining areas of the silicon islands 34 in order to achieve the properties shown in FIG. 11 to form source and drain regions 46 and 48, respectively. The diffusion takes place by heating the structure shown in FIG. 10 to approximately 1050 ° C. for approximately 15 minutes in a helium atmosphere. The area of the silicon island 34 between the source and drain zones 46 and 48 is the channel zone 50 of the IGFET 30, which lies completely below the (silicon oxide) dielectric layer 38 and the polysilicon layer 40 (gate electrode)
Kontaktöffnungen werden nun in der Glasschicht 44 über den Source- und Drainzonen 46 und 48 für MetaIl-(Aluminium-)Elektroden 42 bzw. 54 mit diesen Bereichen gebildet. Eine nicht gezeigte öffnung in der Glasschicht 44 für einen elektrischen Kontakt zur (Gate-Elektrode) Polysiliziumschicht 40 wird ebenfalls vorgesehen. Die Glasschicht 44 dient zusätzlich zu ihrer Funktion als Dotierstoffquelle auch als eine passivierende Schicht für den IGFET 30.Contact openings are now in the glass layer 44 over the source and drain zones 46 and 48 for Metal (aluminum) electrodes 42 and 54, respectively, are formed with these areas. An opening not shown in the Glass layer 44 for an electrical contact to the (gate electrode) polysilicon layer 40 is also used intended. In addition to its function as a dopant source, the glass layer 44 also serves as a passivating layer for the IGFET 30.
Beim Betrieb des IGFETs 30 wurde festgestellt, daß die Durchbruchsspannung bei einem Aufbau gemäß F i g. 11 mindestens doppelt so hoch wie bei dem bekannten IGFET 10 gemäß F i g. 1 ist Der Grund für diese verbesserten Betriebseigenschaften ist zumindest teilweise darauf zurückzuführen, daß der IGFET 30 einen Aufbau besitzt, bei dem das Gate-Dielektrikum, das ist die SiO2-Schicht 38, sowohl über der Insel 34 als auch der Oberfläche 36 des Substrats 32 gebildet wird, wie dies am besten aus den F i g. 2 und 9 hervorgeht; und daß die Polysiliziumschicht 40 von gleichem Umfang wie die dielektrische Schicht 38 ist, wodurch die erwähnte Schwäche der Polysilizium-Siliziumoxid-Silizium-Saphir-Grenzflache 22 (Fig. 1) des bekannten IGFETs 10 eliminiert wird.During the operation of the IGFET 30, it was found that the breakdown voltage with a structure according to FIG. 11 at least twice as high as in the known IGFET 10 according to FIG. The reason for these improved operating characteristics is at least in part because IGFET 30 has a structure in which the gate dielectric, that is, SiO 2 layer 38, over both island 34 and surface 36 of the substrate 32 is formed, as best shown in FIGS. 2 and 9; and that the polysilicon layer 40 is of the same circumference as the dielectric layer 38, whereby the aforementioned weakness of the polysilicon-silicon-silicon-silicon-sapphire interface 22 (FIG. 1) of the known IGFET 10 is eliminated.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das partielle Ätzen der und die Mesabildung aus der epitaxialen Siliziumschicht 34a (vgl. Fig.4) hinsichtlich der Genauigkeit anspruchsvoll und in gewisser Weise auch zeitraubend, weil die Notwendigkeit des Ätzens des dünnen Bereichs 34c gleichförmig auf eine Dicke von beispielsweise zwischen 10 und 30 nm besteht Dieser Vorgang erfordert gewöhnlich genaue Beobachtung und Teste. Das teilweise Ätzen wird jedoch bei einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, das in den Fig. 12 und 13 dargestellt ist, vermieden. Dabei wird, nachdem die Siliziumschicht 34a auf der Oberfläche 36 des Substrats 32 gemäß Fig.3 niedergeschlagen ist, die Siliziumschicht 34a mit bekannten fotolithografischen Verfahren geätzt, um die rechteckige Siliziuminsel 34 gemäß Fig. 12 zu bilden. Als nächstes wird eine Schicht 34d aus epitaktischem, einkristallinem oder polykristallinem Silizium auf der Siliziuminsel 34 und der Oberfläche 36 des Substrats 32In the exemplary embodiment of the method according to the invention described above, this is partial Etching and the formation of the mesa from the epitaxial silicon layer 34a (see FIG. 4) with regard to the Accuracy demanding and in some ways time consuming because of the need to etch the This thin area 34c is uniform to a thickness of, for example, between 10 and 30 nm Operation usually requires close observation and testing. However, the partial etching is a problem another embodiment of the method according to the invention, which is shown in FIGS. 12 and 13, avoided. In this case, after the silicon layer 34a on the surface 36 of the substrate 32 according to FIG is deposited, the silicon layer 34a is etched using known photolithographic processes to form the to form rectangular silicon island 34 as shown in FIG. Next, a layer 34d of epitaxial, single crystal or polycrystalline silicon is deposited on top of the Silicon island 34 and surface 36 of substrate 32 abgeschieden, und zwar bis zu einer Dicke von zwischen 5 und 50 nm, vorzugsweise zwischen 10 und 30 nm.deposited to a thickness of between 5 and 50 nm, preferably between 10 and 30 nm.
Der Aufbau gemäß F i g. 13 wird nun in HCl-haltigem Dampf bei einer Temperatur von ungefähr 9000C für ungefähr 15 Minuten oxydiert, bis die Silziumschicht Md vollständig zu Siliziumoxid, hauptsächlich Siliziumdioxid, oxydiert ist. Nachdem der Aufbau gemäß F i g. 13 derart oxydiert worden ist, nimmt er die Struktur an, die zuvor im Zusammenhang mit Fig.5 beschriebenThe structure according to FIG. 13 is then oxidized in HCl-containing steam at a temperature of about 900 0 C for about 15 minutes until the silicon layer Md completely to silicon oxide, primarily silicon dioxide, is oxidized. After the structure according to FIG. 13 has been oxidized in this way, it assumes the structure previously described in connection with FIG
ίο worden ist, wobei die oxydierte Schicht nun die Siliziumoxidschicht 38a (Dielektrikum) aus Fig.5 ist Die Herstellung des IGFETs 30 (Fig. 11) von diesem Stadium an ist dieselbe wie zuvor im Zusammenhang mit den F i g. 5 bis 11 beschrieben.ίο has been, with the oxidized layer now the Silicon oxide layer 38a (dielectric) of Figure 5 The fabrication of IGFET 30 (Fig. 11) from this stage on is the same as previously in context with the F i g. 5 to 11.
In den Fig. 15, 16 und 17 ist ein IGFET 30a als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, der ähnlich dem in den Fig.9, 10 und 11 dargestellten IGFET 30 ist, mit Ausnahme des Gate-Dielektrikums. Beim IGFET 30a besteht das Gate-Dielektrikum ausIn FIGS. 15, 16 and 17, an IGFET 30a is shown as a further exemplary embodiment of the invention, that is similar to that shown in FIGS IGFET 30 is, with the exception of the gate dielectric. In the IGFET 30a, the gate dielectric is made of einer dielektrischen Schicht 39 aus isolierendem Material, und zwar keinem thermisch gewachsenen Siliziumoxid, sondern beispielsweise aus Siliziumnitrid oder (S13N4), Aluminiumoxid (Al2O3), aufgedampftem Siliziumoxid. Das Gate-Dielektrikum 30a kann vorzugsa dielectric layer 39 made of insulating material, specifically not a thermally grown silicon oxide, but for example made of silicon nitride or (S13N4), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), vapor-deposited silicon oxide. The gate dielectric 30a can preferably weise eine Zusammensetzung aus zwei Schichten aus elektrisch isolierendem Material haben, wie aus der dielektrischen Schicht 39 und einer dielektrischen Schicht 38c (Fig. 17) aus Siliziumdioxid. Folglich erstreckt sich beim IGFET 30a die Polysiliziumschichtindicate a composition of two layers have electrically insulating material, such as the dielectric layer 39 and a dielectric Layer 38c (Fig. 17) of silicon dioxide. As a result, the polysilicon layer extends in the IGFET 30a 40 (Gate-Elektrode) von gegenüberliegenden Seiten der Siliziuminsel 34 aus und ist von der Oberfläche 36 des Substrats 32 durch die dielektrische Schicht 39 aus Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid gemäß Fig. 16 getrennt Die in den Fig. 15, 16 und 17 dargestellte40 (gate electrode) from opposite sides of silicon island 34 and is from surface 36 of the Substrate 32 through the dielectric layer 39 made of silicon nitride or aluminum oxide according to FIG. 16 separately The one shown in FIGS. 15, 16 and 17 dielektrische Schicht 38c erstreckt sich nur über der Kanalzone 50 des IGFETs 30a Obwohl der IGFET 30a auch ohne die dielektrische Schicht 38c aus Siliziumoxid betrieben werden kann, wird jedoch ein zusammengesetztes Dielektrikum aus dieser und dielektrischendielectric layer 38c extends only over the Channel zone 50 of the IGFET 30a Although the IGFET 30a also without the dielectric layer 38c made of silicon oxide can be operated, however, a composite dielectric of this and dielectric
Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des IGFETs 30a wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die F i g. 3,12,14,15, und 17 beschrieben. Die Siliziuminsel 34 (Fig. 12) aufThe exemplary embodiment of the method according to the invention for producing the IGFET 30a is below with reference to FIG. 3,12,14,15, and 17. The silicon island 34 (Fig. 12) der Oberfläche 36 des Substrats 32 wird durch Begrenzen der epitaktisch niedergeschlagenen Siliziumschicht 34a (F i g. 3) wie zuvor beschrieben hergestellt Eine dielektrische Schicht 38b (F i g. 14) wird auf der freiliegenden Oberfläche der Siliziuminsel 34 aufgeThe surface 36 of the substrate 32 is formed by delimiting the epitaxially deposited silicon layer 34a (FIG. 3) as previously described. A dielectric layer 38b (FIG. 14) is deposited on the exposed surface of the silicon island 34 wachsen, z.B. durch Erhitzen der Siliziuminsel 34 in HCl-haltigem Dampf bei einer Temperatur von ungefähr 9000C für ungefähr 50 Minuten. Die Dicke der dielektrischen Schicht 38ύ kann zwischen ungefähr 2 und 90 nm betragen.grow, for example by heating the silicon island 34 in HCl-containing steam at a temperature of approximately 900 ° C. for approximately 50 minutes. The thickness of the dielectric layer 38ύ can be between approximately 2 and 90 nm.
Als nächstes wird eine dielektrische Schicht 39a (F i g. 14) aus Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder aufgedampftem Siliziumoxid auf die dielektrische Schicht 3Sb gebracht, um eine zusammengesetzte dielektrische Schicht zu schaffen. Siliziumnitrid kann durch Reaktion Next, a dielectric layer 39a (Fig . 14) made of silicon nitride, alumina or evaporated silicon oxide is deposited on the dielectric layer 3Sb to form a composite dielectric layer. Silicon nitride can be produced by reaction von Silan (S1H4) und Ammoniak (NH3) bei einer Temperatur von ungefähr 9000C in Wasserstoff-(Hr)-Atmosphäre niedergeschlagen werden. Aluminiumoxid, sofern es für die dielektrische Schicht 39a vorgesehen wird, kann dadurch aufgebracht werden, daß zunächst(NH 3) are deposited at a temperature of about 900 0 C in hydrogen (Hr) atmosphere of silane (S1H4), and ammonia. Aluminum oxide, if it is provided for the dielectric layer 39a, can be applied in that first eine Aluminiumschicht vorgesehen und das Aluminium dann z. B. durch anaodische Oxydation, die als solche bekannt ist, oxydiert wird. Das Aufdampfen von Siliziumoxid kann durch die Reaktion von Silan undan aluminum layer is provided and the aluminum then z. B. by anaodic oxidation, which as such is known to be oxidized. The vapor deposition of silicon oxide can be caused by the reaction of silane and
Sauerstoff in neutraler (N2-)Atmosphäre bei ungefähr 4000C erreicht werden. Die Dicke der dielektrischen Schicht 39a kann zwischen ungefähr 10 und 100 nm liegen.Oxygen can be achieved in a neutral (N2) atmosphere at about 400 0 C. The thickness of the dielectric layer 39a can be between approximately 10 and 100 nm.
Die Polysiliziumschicht 40a (F i g. 14) wird nun auf der dielektrischen Schicht 39a niedergeschlagen und durch Diffusion aus dem Borglasstreifen 42 (Fig. 14) in der zuvor im Zusammenhang mit der Erläuterung der Bildung der Polysiliziumschicht 40 der IGFETs 30 erläuterten Weise dotiertThe polysilicon layer 40a (Fig. 14) is now on the deposited dielectric layer 39a and diffused from the boron glass strip 42 (FIG. 14) in the previously in connection with the explanation of the formation of the polysilicon layer 40 of the IGFETs 30 explained way
Die dotierte Polysiliziumschicht 40a (F i g. 14) wird nun mit einem anisotropen Ätzmittel aus KOH, Alkohol und Wasser zur Bildung der gemäß F i g. 2 geformten Polysiliziumschicht 40 geätzt, d.h. zur Bildung dieser Schicht über dem zukünftigen Kanalbereich 50 (F i g. 17) des IGFETs 30a. Unter Verwendung der Polysiliziumschicht 40 als eine Maske werden die dielektrischen Schichten 39a und 386 auf die in den Fig. 15 und 16 dargestellte Form geätzt Sofern die dielektrische Schicht 39a aus Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid besteht, wird sie mit heißer Phosphorsäure zur Bildung der dielektrischen Schicht 39 (Fig. 15 und 16) geätzt. Die dielektrische Schicht 3Sb aus Siliziumoxid wird mit gepufferter FluBsäure zur Bildung der dielektrischen Schicht 38c(F ig. 15 und 16) geätzt.The doped polysilicon layer 40a (FIG. 14) is then treated with an anisotropic etchant composed of KOH, alcohol and water to form the layers shown in FIG. 2 etched polysilicon layer 40, ie to form this layer over the future channel region 50 (FIG. 17) of the IGFET 30a. Using the polysilicon layer 40 as a mask, the dielectric layers 39a and 386 are etched to the shape shown in FIGS. 15 and 16. If the dielectric layer 39a is made of silicon nitride or aluminum oxide, it is treated with hot phosphoric acid to form the dielectric layer 39 ( Figs. 15 and 16) etched. The dielectric layer 3Sb made of silicon oxide is etched with buffered hydrofluoric acid to form the dielectric layer 38c (FIGS. 15 and 16).
Der soweit fertiggestellte Aufbau des IGFETs 30a, wie er in den Fig. 15 und 16 dargestellt ist, wird nunmehr mit der p+-dotierten Schicht 44 gemäß F i g. 17 in derselben Weise überzogen, wie dies zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und U beschrieben worden ist. Von diesem Stadium an verläuft die Bildung der Source-Zone 46, der Drain-Zone 48, der Kanalzone 50 und der Elektroden 52 und 54 für die Source- bzw. Drainzone bei dem IGFET 30a genau in derselbenThe construction of the IGFET 30a, which has been completed so far, as shown in FIGS. 15 and 16, the p + -doped layer 44 is now shown in accordance with FIG F i g. 17 coated in the same way as previously described with reference to FIGS. 10 and U. has been. From this stage on, the formation of the source zone 46, the drain zone 48, the channel zone proceeds 50 and the electrodes 52 and 54 for the source and drain zones in the IGFET 30a exactly in the same
ι ο Weise, wie zuvor für den IGFET 30 beschrieben.ι ο way as previously described for the IGFET 30.
Wenngleich bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der IGFETs 30 und 30a eine dotierte Polysilizium-Gate- Elektrode (dotierte Polysiliziumschicht 40) vorgesehen ist, liegt es im Rahmen derAlthough in the described exemplary embodiments the IGFETs 30 and 30a are doped Polysilicon gate electrode (doped polysilicon layer 40) is provided, it is within the scope of Erfindung, die IGFETs 30 und 30a auch mit einer Metall-(Gate-)Elektrode zu versehen, z. B. aus Aluminium, Molybdän, Wolfram oder Legierungen davon, anstelle der dotierten Polysilizium-Gate-Elektrode; dies kann in bekannter Weise gesehen. Gate-Elektroden ausInvention to provide the IGFETs 30 and 30a also with a metal (gate) electrode, e.g. B. made of aluminum, molybdenum, tungsten or alloys thereof, instead of the doped polysilicon gate electrode; this can be seen in known ways. Gate electrodes off dotiertem Polysilizium (Schicht 40) für die IGFETs 30 und 30a werden Metall-Gate-Elektroden vorgezogen, weil sie den IGFETs ein besseres Verhalten, höhere Betriebsgeschwindigkeiten und niedrigere Verlustleistung geben.doped polysilicon (layer 40) for the IGFETs 30 and 30a, metal gate electrodes are preferred, because they give the IGFETs better behavior, higher operating speeds and lower power dissipation.
Claims (14)
i) der zweite Dotierstoff aus der zweiten Glasschicht in die Insel zur Bildung der Source- und Drainzonen diffundiert wird,
j) Kontaktöffnungen in der zweiten Glasschicht über den Source- und Drainzonen vorgesehen werden und isg) the dielectric layer is etched away with the exception of the area below the gate electrode and its extensions, h) a second glass layer with a second dopant for doping source and drain zones in the island is deposited on this and the gate electrode,
i) the second dopant is diffused from the second glass layer into the island to form the source and drain zones,
j) contact openings are provided in the second glass layer over the source and drain zones and is
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8230 | Patent withdrawn |